Bài giảng Các phép phân tích hạt nhân nguyên tử

Phân tích nguyên tố chính xác đóng vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ, từ nghiên cứu vật liệu đến giám sát môi trường. Các kỹ thuật phân tích hạt nhân nguyên tử nổi bật nhờ khả năng cung cấp thông tin định tính và định lượng chi tiết về thành phần mẫu. Bài giảng này giới thiệu sâu rộng về các phép phân tích hạt nhân, đặc biệt tập trung vào phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) và phương pháp phân tích kích hoạt neutron bằng thiết bị (INAA). Mục tiêu là cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc về cơ sở vật lý, nguyên lý hoạt động, và các ứng dụng thực tiễn của những kỹ thuật mạnh mẽ này, từ đó nâng cao năng lực phân tích và giải quyết vấn đề trong nghiên cứu và công nghiệp.

Sinh viên đại học và sau đại học ngành Vật lý, Hóa học, Khoa học Vật liệu, Kỹ thuật Hạt nhân, Địa chất, và các nhà nghiên cứu, kỹ thuật viên trong các phòng thí nghiệm phân tích.

Bài giảng trình bày chi tiết các phương pháp phân tích hạt nhân nguyên tử, với trọng tâm chính vào kỹ thuật huỳnh quang tia X (XRF) và giới thiệu về phân tích kích hoạt neutron bằng thiết bị (INAA). Đối với XRF, nội dung bao quát từ cơ sở vật lý của huỳnh quang tia X, giải thích quá trình các nguyên tử trong mẫu bị kích thích và phát ra tia X đặc trưng cho từng nguyên tố. Đặc biệt, tài liệu đi sâu vào các cơ chế tạo ra tia X, bao gồm cả bức xạ hãm và phát xạ tia X đặc trưng khi electron chuyển động trong nguyên tử, cùng với vai trò của các nguồn phóng xạ như Fe-55 và Cd-109. Các tương tác của tia X với vật chất, như hấp thụ quang điện, tán xạ Compton và tán xạ Rayleigh, cũng được làm rõ, ảnh hưởng đến cường độ và phổ tia X. Một khía cạnh quan trọng khác được thảo luận là hiệu suất huỳnh quang, định nghĩa là xác suất một lỗ trống electron dẫn đến phát ra tia X đặc trưng, so với việc phát xạ electron Auger. Công thức thực nghiệm và bảng dữ liệu về hiệu suất huỳnh quang cho các nguyên tố khác nhau được cung cấp, nhấn mạnh rằng hiệu suất này thay đổi đáng kể theo số nguyên tử (Z), đặc biệt là kém hiệu quả đối với các nguyên tố nhẹ. Phương pháp XRF được đánh giá cao vì khả năng phân tích đa nguyên tố trong nhiều loại mẫu (rắn, lỏng) với khối lượng nhỏ và xử lý đơn giản, ở nồng độ từ ppm đến phần trăm, và có khả năng phát hiện các nguyên tố từ Bo đến Urani. Các ứng dụng thực tiễn của XRF rất đa dạng, bao gồm kiểm soát chất lượng công nghiệp, thăm dò địa chất, nghiên cứu vật liệu, phân tích môi trường và khảo cổ học. Việc hiểu rõ các nguyên lý này cung cấp một nền tảng vững chắc để ứng dụng hiệu quả các phép phân tích hạt nhân trong nghiên cứu và công nghiệp.